某1.4T汽油发动机涡轮增压器BPF噪声问题试验研究

1、内燃机与配件1 概述随着国内顾客对 nvh 的要求越来越高，各整车厂在整车开发过程中， 对于整车、 动力总成等子系统、 零部件的降噪研究也越来越深入。一般来说， 内燃机噪声是车辆最大的噪声来源， 同时也是城市环境噪声的主要因素，其在生理和心理两方面都对人类产生严重的危害。内燃机噪声按产生的性质可分为： 气体动力噪声、 燃烧噪声和机械噪声。其中进、 排气噪声是内燃机气体动力噪声之一， 是内燃机最强的噪声源。对于增压内燃机而言， 由于在内燃机工作时涡轮增压器的转速很高， 发出刺耳的高频噪声， 通过进、 排气管的表面辐射出来， 而且其产生的噪声， 不容易被乘员辨识， 会引起乘员和售后部门的严重抱怨。

2、本文针对国内某款搭载 1.4l 汽油增压发动机车型在开发过程中 bpf 噪声问题， 从进气消声器辐射噪声、 不同涡轮壳舌尖与涡轮叶轮间隙声和振动的源头， 并运用主观评价和测试相结合的方法来研究此问题， 同时也为汽车工程技术人员 nvh 开发提供借鉴。2 径流式涡轮的工作原理及 bpf 噪声当径流式涡轮工作时， 在涡轮壳入口即发动机排气管出口， 气体具有较高的压力、 温度和一定的速度。 由于涡轮壳进气口有一定的膨胀、 加速作用， 因此在涡轮壳中， 气体的压力和温度降低， 速度迅速升高， 到无叶涡轮壳的舌尖部位时， 气体的速度达到最高。在叶轮中， 气体的动能转化为叶轮的机械功， 使气体的速度大幅降

3、低。 最后气体通过涡轮壳出口排人大气。 涡轮增压器工作时， 涡轮壳舌尖部分对叶轮进口处的压力沿圆周方向分布产生较大的影响， 涡轮叶轮进口处的静压分别如图 1 所示。由于叶轮叶片旋转中经过舌尖部分时， 经历如此大的压力变化， 从而对叶轮振动产生较大的激振作用， 引起压轮叶片周期性的振动而产生噪声， 噪声的频率可至 8-20khz， 其频率为：f=n60伊n伊k其中， n 为增压器叶片转速， n 为叶片数， k 为谐次。图 1 压轮进口处静压分布对于同一压轮叶轮， 与不同的压轮舌尖与叶轮间隙的压轮壳匹配后， 在联合试验时， 压轮叶轮入口处气体的脉3 结论全文针对柴油机的使用与维护两个方面分析了实现

4、节油目的的可能性， 经由分析可知， 合理的使用能够有效的减少柴油机的各部件磨损，同时能够确保燃油充分燃烧，从而实现节油目的。而合理的对柴油机进行维护、 保养， 能够减少积碳的形成， 避免燃油消耗过量等情况， 从而达到节油效果。参考文献院1班立权， 郜永涛， 肖孟英.内燃机车柴油机停缸节油技术设计研究j.内燃机， 2014， 0501:48-51.2于传义.对柴油机节油几点措施的思考j.农民致富之友，2016， 0911:192.3王永军， 尹卓， 李浩光， 等.钻井柴油机智能调速节油装置的研究与开发j.硅谷， 2012， 0715:73-74.某 1.4t 汽油发动机涡轮增压器 bpf 噪声问

5、题试验研究experiment on turbocharger bpf (blade passing frequency) noise on 1.4t gasoline engine周景航 zhou jing-hang曰田大洋 tian da-yang（泛亚汽车技术中心有限公司， 上海 201201）（pan asia technical automotive center co.， ltd.， shanghai 201201， china）摘要院本文阐述了涡轮增压器涡轮 bpf 噪声产生的机理， 针对进气消声器辐射噪声和不同的涡轮壳舌尖与涡轮叶片之间间隙的涡轮增压器进行了噪声测试。试验结果表

6、明： 增大涡轮壳舌尖与涡轮叶片之间的间隙可以降低涡轮增压器的涡轮 bpf 噪声。abstract: the fundamental of turbocharger turbine blade passing frequency noise describes the theory of bpf noise. turbine bpfnoisecomparison tests were conducted on the same engine and the same turbocharger, except using turbine housings with different distan

7、cesbetween tongue and turbine wheel tip. the experiments showed that enlargingthe distance can help to reduce the turbocharger turbine bpfnoise援关键词院内燃机； 涡轮增压器； bpf 噪声key words: i援c援engine； turbocharger； bpf noise60internal combustion engine & parts表 1 增压器样件尺寸零件名称尺寸及公差12345压壳叶轮间隙覫32.92依0.08覫32.30

8、依0.08（覫1-覫2） /2覫1覫2p32.9232.310.30532.91532.310.302532.91532.310.302532.91432.310.30232.92332.30.3115动程度和不均匀程度将会不同， 因而对叶轮所造成的激振程度也不同。如果加大叶轮叶片与压轮壳舌尖之间的间隙， 就可以减小叶轮叶片振动的激励作用， 从而减小由于压轮叶片振动所产生的 bpf 噪声。但是， 叶轮叶片与压轮壳舌尖之间的间隙也不是越大越好， 过大的叶轮叶片与压轮壳舌尖之间的间隙会造成， 增压压力不足， 加速无力等问题。本文探讨的范围是在不改变标定的前提下， 在公差的上限研究间隙的调整对 bp

9、f 噪声的影响，选择最佳的间隙参数， 从而解决问题。3 试验过程和结果3.1 内燃机技术参数噪声试验是在一搭载直列 4 缸四冲程增压汽油机的某款车上进行。 该汽油机缸径 73.8mm， 行程 80.2mm， 总排量 1.372l， 压缩比 9援5， 额定功率为 100kw （5500r/min） ， 最大扭矩 220n m （17004800 r/min） 。3.2 测试分析系统及分析方法利用 lms test.lab 振动噪声测试分析系统进行数据采集， 利用软件中 off-line rpm 的功能从增压器振动信号中提取增压器转速信号， 以此转速实现对增压器的转速跟踪及数据重采样处理。 利用软

10、件的阶次切片功能实现对增压器不同阶次噪声曲线的提取分析。3.3 涡轮增压器状态如图 2 所示， 对于所搭载的增压器， 压轮壳的尺寸 覫1为 覫32.92依0.08mm； 叶轮的直径 覫2 为 覫32.32依0.08mm。 压轮壳与叶轮间隙用 p 来表示： p=覫1|覫2最大间隙： pmax=覫1max|覫2min2=0.39最小间隙： pmin=覫1min|覫2max2=0.23图 2 压轮舌部示意经测量发现， bpf 噪声明显的增压器样件叶轮叶片与压轮壳舌尖之间的间隙分布在 0.230.28mm 范围内； 为验证加大间隙对 bpf 噪声的作用，从产品中选取靠近上偏差的样件进行试验， 样件尺寸

11、如表 1 所示。3.4 吸音棉材料特性玻璃棉是将熔融玻璃纤维化， 形成棉状的材料， 化学成分属玻璃类， 是一种无机质纤维具有成型好、 体积密度小、 热导率低、 保温绝热、 吸音性能好、 耐腐饰、 化学性能稳定。某车用吸音棉吸声系数如图 3。图 3 吸声系数测试结果可以看出，某吸音棉材料有良好的高频（2000hz 以上） 吸声性能。可以用来验证从金属进气消声器辐射的高频 bpf 噪声。3.5 测点布置试验在搭载某 1.4t 发动机的整车上进行。试验时麦克风和加速度传感器的布置如图 4、 5 所示， 发动机舱麦克风的位置靠近增压器压气机壳体外表面， 加速度传感器固定在增压器压气机壳体上。 驾驶室内

12、麦克风布置在驾驶员右耳。发动机舱麦克风用来测量声音信号， 增压器压气机壳体上的加速度传感器用来测量增压器的振动信号， 从而确定增压器运转的频率。 驾驶员右耳麦克风用来测量人耳实际听到的声音信号。图 4 发动机舱测点61内燃机与配件图 5 驾驶员右耳麦克风3.6 测试方案方案一： 对增压器出口金属高频消声器 （如图 6） 进行包裹， 来验证消声器的辐射对增压器 bpf 噪声的放大作用。方案二： 对选出的公差偏上限 （间隙较大） 样件进行整车测试， 找出最优方案。图 6 压气机出口消声器3.7 噪声主观评价运用汽车行业主流的主观评价打分系统， 参与主观评估的人员分为专业组、 业余组和普通用户三组进

13、行评价打分， 去掉最高分和最低分， 然后取平均值， 来代表所评估整车 bpf 噪声的水平。最终结果打分越高表明客户对噪声的满意度越高。3.8 噪声试验结果图 7 所示增压器压气机出口消声器包裹前后车内bpf 噪声在 8000-16000hz 频率范围的变化。图 7 包裹前后车内 bpf 噪声对比对于本款车增压器 bpf 车内噪声前期主观评估和测试统计结果 （如图 8） 显示， 当车内 bpf 噪声逸11.1db （a）时， 就会引起客户抱怨。图 8 主观评估结果结合图 7 和图 8 的结果， 吸音棉包裹增压器压气机出气口消声器后，车内增压器 bpf 噪声并没有很大程度的降低。仍然处在抱怨的噪声

14、范围。图 9 所示装有叶轮叶片与压轮壳舌尖之间的间隙偏上限的增压器样件的整车， 车内 bpf 噪声的试验结果。从图中可以看出， 间隙越大车内 bpf 噪声降低越明显。样件2、 3、 4 叶轮对应的车内 bpf 噪声处于同一水平。从图 8、图 9 可以看出，样件 1、 2、 3 与原始样件相比有明显改善，部分频率范围内的 bpf 噪声仍然处在抱怨的范围。 样件 1和样件 5 对应的车内 bpf 的噪声降低最明显，都处于不抱怨的水平。因此， 样件 1 和样件 5 满足开发要求。图 9 不同增压器样件车内 bpf 试验结果4 结论增大涡轮增压器涡轮舌尖与涡轮叶轮的间隙对降低涡轮增压器涡轮 bpf 噪声具有重要的作用。间隙越小， 涡轮增压气产品线报废率越高，要平衡成本和 nvh 性能之间的关系。 因此， 样件 1 为最佳选择。 运用阶次切片对 bpf噪声进